[发明专利]基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法及其装置

权利要求书

1.一种基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于，算法步骤如下：

步骤1)将大小为M×N，数据位宽为n的输入图像数据送入到直方图统计模块，其中M为列数，N为行数，在帧有效时，对输入的图像数据进行直方图统计，并产生读写RAM控制信号送入到RAM读写控制模块；

步骤2)RAM读写控制模块根据设置的上限平台值，对写入RAM的平台统计直方图数据进行调整后，写入到RAM中，即：

其中k表示输入图像的灰度等级，取值范围0～(2ⁿ-1)，P(k)表示统计直方图，T表示设置的上限平台值，P_T(k)表示平台统计直方图数据；

步骤3)在统计直方图完成后，当帧无效时，读RAM控制模块产生读RAM的控制信号并经RAM读写控制模块送给RAM，同时将写入RAM的平台统计直方图数据送给直方图累积模块；

步骤4)直方图累积模块对平台统计直方图数据进行累积，得到累积直方图F_T(k)，并产生写SDRAM的控制信号送给SDRAM仲裁控制模块，同时直方图统计模块将写数据置0，对RAM进行清空准备下一帧图像数据的统计；

步骤5)SDRAM仲裁控制模块接收直方图累积模块输入的写使能、写数据和写地址信号，产生SDRAM的写控制信号，并将累积直方图写入SDRAM；

步骤6)在下一帧图像数据到来时，对其重复步骤2)至步骤5)，同时，在帧有效时，平台直方图输出模块根据输入的图像数据产生SDRAM的读信号，接收从SDRAM中读出的上一帧图像的累积直方图，计算当前帧均衡化后的图像并输出；

其中SDRAM采用外部存储器。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于：上述步骤1)中，对输入图像数据进行直方图统计，具体步骤为：

1-1)将输入图像数据作为RAM的地址，读取RAM中相应地址处的数据；

1-2)将读出的RAM中的相应地址处的数据自+1；

1-3)将上述得到的数据再写回1-1)中的同一地址处。

3.根据权利要求1的基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于：上述步骤3)中，在统计直方图完成后，当帧无效时，读RAM控制模块产生读RAM的控制信号：依次从0～(2ⁿ-1)，将RAM中的平台统计直方图数据读出，并送给直方图累积模块。

4.根据权利要求1的基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于：上述步骤4)中，直方图累积模块对平台统计直方图数据进行累积，得到累积直方图F_T(k)：

同时，直方图统计模块将RAM清空等待下一帧图像数据的到来，具体操作为：写RAM的地址从0～(2ⁿ-1)遍历，写RAM的数据置0。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于：上述步骤6)中，接收从SDRAM中读出的上一帧图像的累积直方图，计算当前帧均衡化后的图像并输出，具体步骤为：

6-1)将输入的下一帧图像数据的灰度值作为SDRAM的读地址，经SDRAM仲裁控制模块送入到SDRAM；

6-2)SDRAM仲裁控制模块接收SDRAM读出的数据并送给平台直方图输出模块；

6-3)平台直方图输出模块接收到读出的累积直方图时，进行如下计算：

其中，R_range是均衡化后的灰度范围，F_T(2ⁿ-1)表示一帧图像平台统计直方图后的有效像素数，D_T(k)表示平台直方图均衡化后的输出图像。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法，其特征在于：所述RAM采用FPGA内部的RAM。

7.一种基于FPGA的平台直方图均衡化实现方法的装置，其特征在于：包括

直方图统计模块，在帧有效时，对输入的图像数据进行直方图统计，并产生FPGA内部存储器RAM的写使能、写数据、写地址、读使能、读数据、读地址，此外在直方图累积模块作累积的同时产生写RAM的控制信号清空RAM；

RAM读写控制模块，仲裁控制，产生输入给RAM的写使能、写数据、写地址、读使能和读地址；

RAM，采用FPGA内部的RAM，存储一帧图像的统计直方图；

读RAM控制模块，在直方图统计完后的帧无效时间内，产生RAM的读使能、读地址，并将读出的数据送给直方图累积模块；

直方图累积模块，对统计直方图进行累积，并产生SDRAM的写使能、写数据和写地址；

SDRAM仲裁控制模块，根据输入的读写控制信号，产生对SDRAM的时钟、地址以及其他读写控制信号；

SDRAM，外部存储器，存储一帧图像的累积直方图；

平台直方图输出模块，在帧有效时，根据输入图像数据产生SDRAM的读使能和读地址，经SDRAM仲裁控制模块读出SDRAM中的累积直方图，并计算均衡化的图像数据输出；

直方图统计模块、读RAM控制模块和直方图累积模块依次连接，RAM读写控制模块分别与直方图统计模块、读RAM控制模块和RAM连接，SDRAM仲裁控制模块分别与直方图累积模块、平台直方图输出模块和SDRAM连接；

第t帧图像数据有效时，直方图统计模块对输入的第t帧图像数据进行直方图统计，RAM读写控制模块根据设置的上限平台值，对统计的直方图数据进行处理后输入到RAM；在第t帧图像数据统计完后，直方图统计模块发出直方图统计完成信号done给读RAM控制模块，读RAM控制模块产生RAM的读信号经RAM读写控制模块送到RAM，并将读出的统计直方图送给直方图累积模块，直方图累积模块对统计直方图进行累积，并经SDRAM仲裁控制模块，将累积直方图写入SDRAM中；第t+1帧图像数据有效时，重复上述统计直方图的操作，同时平台直方图输出模块经SDRAM仲裁控制模块读取第t帧图像的累积直方图计算第t+1帧均衡化后的图像并输出。